EP4058220A1 - Verfahren zur herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen blechprofils aus metall - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen blechprofils aus metall

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Publication number
EP4058220A1
EP4058220A1 EP20801230.2A EP20801230A EP4058220A1 EP 4058220 A1 EP4058220 A1 EP 4058220A1 EP 20801230 A EP20801230 A EP 20801230A EP 4058220 A1 EP4058220 A1 EP 4058220A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet metal
edge
longitudinal
longitudinal edges
metal component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20801230.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jia-Uei CHAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SIMPLON FAHRRAD GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4058220A1 publication Critical patent/EP4058220A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/037—Interlocking butt joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D47/00—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures
    • B21D47/01—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures beams or pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D47/00—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures
    • B21D47/04—Making rigid structural elements or units, e.g. honeycomb structures composite sheet metal profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/02—Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/10—Making hollow objects characterised by the structure of the objects conically or cylindrically shaped objects

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an at least partially closed sheet metal profile made of metal and to corresponding uses.
  • Formed sheet metal components which have at least two longitudinal edges with an edge contour along which a closed sheet metal profile (profile with a closed cross section) is produced by means of a form fit and material connection are known from the prior art, see for example DE 103 21 863 A1, WO 1993 / 005903 A1, US Pat. No. 3,273,601 A and US Pat. No. 2,317,198 A.
  • the methods known from the prior art for producing sheet metal profiles with closed cross-sections are only limited to relatively simple cross-sections and do not allow the production of individual and / or complex profile geometries .
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for producing an at least partially closed sheet metal profile with which individual and / or complex profile geometries can be produced.
  • this object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • a method for producing an at least partially closed sheet metal profile from metal comprising the following steps:
  • the first longitudinal edge at least partially having a first edge contour and the second longitudinal edge at least partially having a second edge contour
  • the first The edge contour is designed to be complementary to the second edge contour, in such a way that the longitudinal edges interlock via the edge contours and are thus initially connected with one another in a form-fitting manner and then the longitudinal edges that are interconnected with one another in a form-fitting manner are at least partly materially connected to produce an at least partially closed sheet metal profile.
  • the longitudinal edges are at an angle to one another and are connected to one another.
  • the planes of the longitudinal edges are therefore essentially not congruent, so that they have an angle of less than 180 °, in particular less than 160 °, preferably less than 140 °, preferably less than 120 °.
  • the angle is designed as an obtuse angle, particularly preferably as an acute angle. Due to the "angled" arrangement of the longitudinal edges to one another, individual and / or complex profile geometries can be produced.
  • this object is achieved according to a second embodiment by a method having the features of claim 2.
  • a method for producing an at least partially closed sheet metal profile from metal comprising the following steps:
  • the first sheet metal blank is formed into a first sheet metal component, the first longitudinal edge of the first sheet metal component at least partially having a first edge contour and the second longitudinal edge of the first sheet metal component at least partially having a second edge contour.
  • the at least second sheet metal blank can be formed into a second sheet metal component, the first longitudinal edge of the second sheet metal blank or of the second sheet metal component at least partially having a first edge contour and the second longitudinal edge of the second sheet metal blank or of the second sheet metal component at least partially has a second edge contour in regions.
  • the first longitudinal edge of the first sheet metal component to the first longitudinal edge of the second sheet metal blank or the second sheet metal component and the second longitudinal edge of the first sheet metal component to the second longitudinal edge of the second sheet metal blank or the second sheet metal component are each at an angle to each other, so that the edge contours Longitudinal edges interlock and are positively connected to one another, and then the positively interconnected longitudinal edges are at least partly cohesively connected to produce an at least partially closed sheet metal profile, the first edge contour of the first longitudinal edge of the first sheet metal component complementary to the first edge contour of the first longitudinal edge of the second sheet metal blank or of the second sheet metal component and the second edge contour of the second longitudinal edge of the first sheet metal component complementary to the second edge contour of the second longitudinal edge of the second sheet metal plate or the second n sheet metal component are formed.
  • the longitudinal edges can have an angle of less than 180 °, in particular less than 160 °, preferably less than 140 °, preferably less than 120 °.
  • the angle is designed as an obtuse angle, particularly preferably as an acute angle. Due to the "angled" arrangement of the longitudinal edges to one another, individual and / or complex profile geometries can be produced.
  • the reshaping of the at least first sheet metal blank can be produced in one or more sub-steps by means of any desired or combinable shaping processes.
  • a multi-stage shaping comprising, for example, embossing the base to be created and raising or lowering the frames to be created (embossing and raising or embossing and folding). Any combinations of folding and / or bending and / or (compression) embossing in one or more subsequent operations are also conceivable.
  • the deep drawing that is carried out can, for example, be carried out in one or more stages. Basically, flangeless sheet metal components are created.
  • the at least second sheet metal plate can also be reshaped accordingly if necessary. If necessary, more than two sheet metal blanks can be used, but when connecting in a form-fitting manner, care must be taken that the corresponding longitudinal edges with their edge contours are complementary and that the longitudinal edges or the edge contours can interlock to form an angle.
  • the edge contours of the longitudinal edges are generated by means of a laser.
  • a laser to cut an edge contour along a longitudinal edge allows a more filigree cut compared to mechanical cutting, for example punching, and preferably enables the formation of complementary edge contours essentially without further post-processing of the edge contours on the longitudinal edges that are initially to be positively connected.
  • a laser can be controlled individually for cutting, so that any edge contour can be created along a longitudinal edge and is not prone to wear and tear.
  • the edge contour can be introduced in the flat state of the first and / or second sheet metal plate or in the already formed state of the first and / or second sheet metal component. Even if only one sheet metal plate is used, the edge contour can be introduced in the flat or in the already formed state.
  • the material connection is generated by means of a laser.
  • a laser for material-to-material connection (welding) can be aimed specifically at the longitudinal edges that are already positively connected to one another due to their edge contours. Due to the already existing form fit and the edge contours that are essentially adjacent to one another almost in the zero gap, welding can be carried out without additional material. Alternatively, gluing or soldering would also be conceivable for a material connection.
  • the laser can be guided with an oscillating movement, that is to say that the laser can be guided across and / or in the welding direction with an amplitude along the longitudinal edges or edge contours to be cohesively connected.
  • the laser can also be guided at a lateral angle along the cohesively connected longitudinal edges or marginal contours, the lateral angle depending on half the (arrangement) angle with +/- 15%, in particular with +/- 10%, preferably is set with +/- 5%, preferably with +/- 3% of the arrangement of the materially to be connected longitudinal edges or edge contours.
  • the lateral angle corresponds to the inclination of the laser to the vertical in the transverse direction of the longitudinal edges or edge contours that are to be cohesively connected.
  • a sheet thickness of less than or equal to 3 mm is used for the (first) sheet metal blank.
  • the second sheet metal plate can also have a sheet metal thickness of less than or equal to 3 mm.
  • the lower the sheet metal thickness the more potential there is for lightweight construction by reducing the sheet metal thickness, depending on the design and dimension of the sheet metal profile that is to be created, at least partially closed.
  • the sheet metal thickness of the individual sheet metal blanks can in particular be reduced to a maximum of 1.5 mm, preferably to a maximum of 1.2 mm, preferably to a maximum of 0.8 mm.
  • the sheet metal blank for example the first as well as the second sheet metal blank, can consist of a steel material.
  • a steel material with a tensile strength R greater than 550 MPa, in particular greater than 650 MPa, preferably greater than 750 MPa
  • the first and second sheet metal blanks can consist of an aluminum material Hybrid solution of a steel blank and an aluminum blank is conceivable.
  • a steel material is preferably coated with an organic and / or an inorganic coating.
  • a zinc-based corrosion protection coating is particularly preferably applied via an electrolytic coating or preferably via a hot dip coating.
  • the zinc coating is preferably applied via a hot dip coating , the zinc coating has the following chemical composition in% by weight:
  • the Zn-based coating can contain additional elements such as aluminum with a content of up to 5.0% by weight and / or magnesium with a content of up to 5.0% by weight in the coating.
  • Steel sheets with a zinc-based coating have very good cathodic corrosion protection.
  • the coating additionally has magnesium with a content of at least 0.05% by weight, in particular of at least 0.3% by weight, preferably of at least 0.5% by weight.
  • magnesium can be present with a content of at least 0.05% by weight, in particular at least 0.3% by weight, preferably at least 0.5% by weight.
  • a tooth-shaped edge contour is cut into the sheet metal blank or into the sheet metal component that has already been formed.
  • Both the first and the second sheet metal plate or the first as well as the second sheet metal component can have longitudinal edges each with a tooth-shaped edge contour, with the two longitudinal edges complementary with a tooth-shaped edge contour either only on one sheet metal plate or sheet metal component, depending on the at least partially closed sheet metal profile to be created cut or, when using at least two sheet metal blanks, the mutually arranged longitudinal edges are complementarily cut with a tooth-shaped edge contour before or after forming into a sheet metal component.
  • an edge contour is cut into the sheet metal plate or sheet metal component, which has an edge contour profile with heights and depths, the distance between the heights and depths being between 50% and 150%, in particular between 70% and 130%, of the sheet thickness corresponds to the sheet metal plate or sheet metal component.
  • the heights and depths of the edge contour profile of the first sheet metal plate or of the first sheet metal component are dependent on the sheet thickness of the second sheet metal plate or of the second sheet metal component and the heights and depths of the edge contour profile of the second sheet metal plate or the second sheet metal part are dependent on the sheet thickness of the first sheet metal plate or the first sheet metal component designed with a distance between the heights and depths between 50% and 150%.
  • At least one connecting seam runs two-dimensionally in one plane along the longitudinal edges that are cohesively connected to one another.
  • the connection is not limited to a straight shape, but can also be designed as an odd shape, for example a curved shape in the plane.
  • At least one connecting seam runs three-dimensionally in space along the longitudinal edges that are firmly connected to one another.
  • the connection is not limited to a straight shape, but can also be designed as an odd shape, for example a curved shape in space.
  • the form-fitting and the subsequent material connection of the longitudinal edges is carried out in a fixing device in which the (first) component and / or the second sheet metal plate or the second component are at least partially received and fixed during the connection.
  • a fixing device for example, the stresses and / or springback introduced during the forming of the (first) sheet metal blank can be compensated so that a defined positioning of the longitudinal edges to be cohesively connected can take place via the form fit of the edge contours of the longitudinal edges and the fixing.
  • a heat distortion as a result of a heat-related material connection preferably by welding, by form-fitting and fixing, can be essentially prevented, so that dimensionally accurate closed sheet-metal profiles can be produced.
  • means for fixing at least in the longitudinal extension of the sheet metal profile to be created can be dispensed with, so that only means for fixing transversely and in the vertical direction to the longitudinal extension can be provided, so that the entire structure of the fixing device is relatively can be kept simple.
  • the at least one material connection between the longitudinal edges creates an at least partially closed sheet metal profile with a cross section with at least one corner. Shifting the form-fitting and material-locking connection to close the cross section in at least one corner enables individual and / or more complex designs of sheet metal profiles in comparison to the designs in the prior art.
  • the at least one material connection between the longitudinal edges creates an at least partially closed sheet-metal profile with a sheet-metal profile running in the longitudinal extension of the sheet-metal profile, variable cross-section generated.
  • the respective "angled" arrangement of the longitudinal edges to be bonded together can also vary in the longitudinal extension, so that due to the varying angles along the longitudinal edges to be bonded together, the lateral angle of the laser during the bonded bond along the bonded edges to be bonded Longitudinal edges or edge contours are guided in a varying manner and preferably in the region of half the angle of the “angled” arrangement of the longitudinal edges.
  • the invention relates to a use of an at least partially closed sheet metal profile made according to the invention in the field of vehicle construction, in particular for one, two or more wheeled vehicles, preferably for the construction of bicycles, preferably for the construction of frames and / or Forks, preferably for the construction of body, chassis or add-on parts in automobiles, wheels or parts thereof; in the field of furniture construction; in the construction sector; in the field of aircraft construction, preferably for the construction of fuselage, landing gear or add-on parts, preferably for the construction of seat components; in the sanitary area; for the construction of housings for portable objects, preferably for electrical objects; in the field of mechanical and plant engineering.
  • FIG. 1a, b a schematic plan view of a sheet metal blank a) and a schematic, perspective view of a closed sheet metal profile b) produced from the sheet metal blank,
  • a sheet metal plate (1) made of metal is shown schematically in plan view, with at least two longitudinal edges (LI, L2) and at least two transverse edges (Q), the first longitudinal edge (LI) at least partially having a first edge contour (RI) and the second longitudinal edge (L2) has at least partially a second edge contour (R2), the first edge contour (RI) being designed to be complementary to the second edge contour (R2).
  • the edge contours (RI, R2) of the longitudinal edges (LI, L2) of the sheet metal plate (1) are preferably generated by means of a laser.
  • the dashed lines symbolize the longitudinal edges (LI, L2) before cutting the edge contours (RI, R2).
  • the edge contour (RI, R2) is cut into the sheet metal blank (1) in such a way that it has an edge contour profile with heights (H) and depths (T), the distance (LR) between the heights (H) and depths (T) corresponds to between 50% and 150% of the sheet metal thickness of the sheet metal blank (1).
  • the sheet metal plate (1) has a sheet thickness less than or equal to 3 mm.
  • the sheet metal plate (1) can consist of a steel material or an aluminum material.
  • Figure lb shows a schematic, perspective view of a closed sheet metal profile (10) produced from the sheet metal blank (1).
  • the sheet metal blank (1) After the sheet metal blank (1), FIG. La), has been provided, the sheet metal blank (1) is formed into a sheet metal component (10) that is closed at least in some areas. If the first edge contour (RI) and the second edge contour (R2) are not cut into the flat sheet metal plate (1), they can alternatively also be introduced into the reshaped or preformed sheet metal component ().
  • the edge contours (RI, R2) of the longitudinal edges (LI, L2) interlock and are thus first connected to one another in a form-fitting manner and then the form-fittingly interconnected longitudinal edges (LI, L2) are at least partially cohesively connected, preferably by means of a laser (L) .
  • the reshaping is carried out in such a way that the longitudinal edges (LI, L2) stand with one another while forming an angle (a) and are connected to one another.
  • the sheet metal profile (10) which is closed at least in some areas, has a longitudinal seam (3) in the longitudinal extension of the sheet metal profile (10).
  • the integral connection (3) between the longitudinal edges (LI, L2) produces a sheet metal profile (10) which is closed at least in some areas and has a cross section with a corner, see FIG. 1b).
  • the angle (a) can be designed as an obtuse angle, particularly preferably as an acute angle.
  • a first sheet metal plate (1) made of metal is shown schematically in plan view, with at least two longitudinal edges (LI, L2) and at least two transverse edges (Q), the first longitudinal edge (LI) at least partially having a first edge contour (RI ) and the second longitudinal edge (L2) has at least partially a second edge contour (R2).
  • FIG. 2b there is at least one second sheet metal blank (2) made of metal with at least two longitudinal edges (LI, L2) and at least two transverse edges (Q), the first longitudinal edge (LI) of the second sheet metal blank (2) at least partially having a first edge contour ( RI) and the second longitudinal edge (L2) of the second sheet metal plate (2) has a second edge contour (R2) at least in some areas.
  • FIG. 2c) shows a schematic, perspective view of a closed sheet metal profile (10 ') produced from the sheet metal blanks (1, 2).
  • the first sheet metal plate (1) is formed into a first sheet metal component ().
  • the at least second sheet metal blank (2) can optionally be formed into a second sheet metal component (2 ').
  • the edge contours (RI, R2) can preferably be cut into the first sheet metal component (G) and optionally also the second sheet metal component (2 ') by means of a laser in the already formed state.
  • the first longitudinal edge (LI) of the first sheet metal component () faces the first longitudinal edge (LI) of the second sheet metal blank (2) or the second sheet metal component (2 ') and the second longitudinal edge (L2) of the first sheet metal component (G) the second longitudinal edge (L2) of the second sheet metal plate (2) or the second sheet metal component (2 ') each forming an angle (a1, a2) to one another, so that the longitudinal edges (LI, L2) into one another via the edge contours (RI, R2) grip, thus positively connected to one another to form an at least partially closed sheet metal profile (10 ') and then the positively interconnected longitudinal edges (LI, L2) are connected at least partially cohesively, preferably by means of a laser (L).
  • the first edge contour (RI) of the first longitudinal edge (LI) of the first sheet metal plate (1) or the first Sheet metal component () is complementary to the first edge contour (RI) of the first longitudinal edge (LI) of the second sheet metal blank (2) or of the second sheet metal part (2 ') and the second edge contour (R2) of the second longitudinal edge (L2) of the first sheet metal blank (1) or the first sheet metal component (G) is designed to be complementary to the second edge contour (R2) of the second longitudinal edge (L2) of the second sheet metal plate (2) or of the second sheet metal component ().
  • the first sheet metal component (G) can preferably be designed as a flangeless sheet metal component (G) with a base and two frames protruding from the base.
  • the first sheet metal component (14) can preferably have a three-dimensional configuration and / or longitudinal extension.
  • the second sheet metal component (2') can also have a three-dimensional configuration and / or longitudinal extension.
  • the edge contours (RI, R2) of the sheet metal blanks (1, 2) or, alternatively, the sheet metal components (, 2 ') are cut in such a way, preferably by means of a laser, that they each have an edge contour profile with heights (H) and depths (T), with the distance (LR) between the heights (H) and depths (T) corresponds to between 50% and 150% of the sheet metal thickness of the sheet metal blank (1, 2) or the sheet metal component (, 2 ').
  • a tooth-shaped edge contour (RI, R2) is particularly preferably cut into the sheet metal blank (1, 2) or, alternatively, into the sheet metal component (, 2 ').
  • the production of the at least partially closed sheet metal profile (10 ') can take place in particular in a fixing device (not shown), the form-fitting and the subsequent material connection of the longitudinal edges (LI, L2) being carried out in a fixing device in which the first sheet metal component (G ) and / or the second sheet metal plate (2) or the second sheet metal component (2 ') are at least partially received and fixed during the connection.
  • the partial-area reception and / or fixation are symbolized by arrows (F), see FIG. 2c).
  • the sheet metal profile (10 ') which is closed at least in some areas, has two longitudinal seams (3) in the longitudinal extension of the sheet metal profile (10').
  • the at least one material connection (3) between the longitudinal edges (LI, L2) creates an at least partially closed sheet metal profile (10 ') with a cross-section with at least one corner, in this embodiment there are two corners, see FIG. 2c).
  • the angles (a1, a2) can each be designed as obtuse angles, particularly preferably as acute angles. If an at least partially closed sheet-metal profile (10, 10 ') with a variable cross-section running in the longitudinal extension of the sheet-metal profile (10, 10') is to be produced, the angles (a, a1, a2) along the longitudinal edges (LI , L2) vary in length.
  • the laser (L) is preferably guided at a lateral angle (ß) along the longitudinal edges (LI, L2) that are to be firmly connected, whereby the lateral angle ( ⁇ ) is set as a function of half the angle (a, a1, a2) with +/- 15% of the arrangement of the longitudinal edges (LI, L2) to be connected with a material fit.
  • an at least partially closed sheet metal profile (10 ') was produced for the use of a part of a vehicle frame, with a first and second sheet metal plate (1, 2) made of a steel material each with a thickness of 0.7 mm and a tensile strength of 600 MPa.
  • the edge contours (RI, R2) were cut tooth-shaped by means of a laser along the longitudinal edges (LI, L2), see FIGS. 2a, b).
  • the first sheet metal plate (1) was formed into a flangeless sheet metal component (G) in the form of a half-shell by means of deep drawing.
  • the edge contours (RI, R2) can preferably be cut into the first sheet metal component () and optionally also into the second sheet metal component (2 ‘) by means of a laser after reshaping.
  • the second sheet metal plate (2) was also adapted, in particular in its longitudinal extension, to the position of the edge contours (RI, L2) or the longitudinal edges (LI, L2) of the first sheet metal component (G).
  • a fixing device which had receptacles for partially receiving the first sheet metal component (G), the first sheet metal component () was inserted and the second sheet metal component (2 ') was placed on the first sheet metal component () in such a way that the first Longitudinal edge (LI) of the first sheet metal component () to the first longitudinal edge (LI) of the second sheet metal component (2 ') and the second longitudinal edge (L2) of the first sheet metal component () to the second longitudinal edge (L2) of the second sheet metal component (2'), respectively with the formation of an angle (a1, a2) to one another, via the edge contours (RI, R2) the longitudinal edges (LI, L2) interlocked and positively connected to form an at least partially closed sheet metal profile (10 ').
  • the fixing device had corresponding means which acted locally on the first and second sheet metal components (, 2 ‘) in order to hold them in the required position for welding by means of a laser (L).
  • FIG. 3a shows a schematic plan view of a partial area according to the illustration in FIG. 2c) before the material-locking connection of the longitudinal edges (LI, L2).
  • L non- A laser
  • L was used to firmly connect the longitudinal edges (LI, L2) with a laser power of 0.5 kW, with a frequency of approx. 16 Hz, with a feed rate (v) of 0 , 6 m / min, whereby the laser (L) can be guided with an oscillating movement (vl, vg) along the longitudinal edges (LI, L2) to be bonded, the amplitude (vg) approx. 0.7 mm and the amplitude (vl) was 0 mm, see FIG. 3b).
  • a high-dimensional, at least partially closed sheet metal profile (10 10) was removed from the fixing device, which was then used for further investigations.
  • the sheet metal profile (10 ‘) was cut into several partial profiles and the cut areas were examined microscopically in the section. It could be shown that an essentially flawless continuous connection seam (3) could be produced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils aus Metall sowie entsprechende Verwendungen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen
Blechprofils aus Metall
Technisches Gebiet (Technical Field)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise ge schlossenen Blechprofils aus Metall sowie entsprechende Verwendungen.
Technischer Hintergrund (Background Art)
Umgeformte Blechbauteile, welche zumindest zwei Längskanten mit einer Randkontur auf weisen, entlang welchen mittels Form- und Stoffschluss ein geschlossenes Blechprofil (Profil mit geschlossenem Querschnitt) hergestellt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt, siehe beispielhaft DE 103 21 863 Al, WO 1993/005903 Al, US 3 273 601 A und US 2 317 198 A. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Blechprofilen mit geschlossenen Querschnitten sind nur auf relativ einfache Querschnitte beschränkt und ermöglichen nicht die Herstellung von individuellen und/oder komplexen Profilgeometrien.
Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils aus Metall bereitzustellen, mit welchem individuelle und/oder komplexe Profilgeometrien hergestellt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß einer ersten Ausführungsform durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der ersten Lehre wird ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils aus Metall vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Blechplatine aus Metall mit mindestens zwei Längskanten und mindestens zwei Querkanten,
Umformen der Blechplatine zu einem Blechbauteil, wobei die erste Längskante zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur und die zweite Längskante zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur aufweist, wobei die erste Randkontur komplementär zur zweiten Randkontur ausgebildet ist, derart, dass über die Randkonturen die Längskanten ineinandergreifen und somit zunächst formschlüssig miteinander verbunden werden und anschließend die formschlüssig miteinander verbundenen Längskanten zur Erzeugung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils zumindest teilbereichs weise stoffschlüssig verbunden werden.
Erfindungsgemäß stehen die Längskanten unter Ausbildung eines Winkels zueinander und werden miteinander verbunden. Dadurch ist anders als im Stand der Technik, bei welchem klassisch die Längskanten als Stumpfstoßverbindung miteinander umgesetzt werden, der Profilgeometrie kaum Grenzen gesetzt. Die Ebenen der Längskanten sind somit im Wesentlichen nicht deckungsgleich, so dass sie einen Winkel kleiner 180°, insbesondere kleiner 160°, vorzugsweise kleiner 140°, bevorzugt kleiner 120° aufweisen. Der Winkel ist guasi als stumpfer Winkel, besonders bevorzugt als spitzer Winkel ausgeführt. Aufgrund der „winkligen“ Anordnung der Längskanten zueinander können individuelle und/oder komplexe Profilgeometrien hergestellt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe alternativ gemäß einer zweiten Ausführungsform durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der ersten Lehre wird ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils aus Metall vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen einer ersten Blechplatine aus Metall mit mindestens zwei Längskanten und mindestens zwei Querkanten,
Bereitstellen mindestens einer zweiten Blechplatine aus Metall mit mindestens zwei Längskanten und mindestens zwei Querkanten.
Erfindungsgemäß wird die erste Blechplatine zu einem ersten Blechbauteil umgeformt wird, wobei die erste Längskante des ersten Blechbauteils zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur und die zweite Längskante des ersten Blechbauteils zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur aufweist. Optional kann die zumindest zweite Blechplatine zu einem zweiten Blechbauteil umgeformt werden, wobei die erste Längskante der zweiten Blechplatine oder des zweiten Blechbauteils zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur und die zweite Längskante der zweiten Blechplatine oder des zweiten Blechbauteils zumindest teil bereichsweise eine zweite Randkontur aufweist. Die erste Längskante des ersten Blech bauteils zu der ersten Längskante der zweiten Blechplatine oder des zweiten Blechbauteils und die zweite Längskante des ersten Blechbauteils zu der zweiten Längskante der zweiten Blechplatine oder des zweiten Blechbauteils stehen jeweils unter Ausbildung eines Winkels zueinander, so dass über die Randkonturen die Längskanten ineinandergreifen und form schlüssig miteinander verbunden werden, und anschließend die formschlüssig miteinander verbundenen Längskanten zur Erzeugung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils zumindest teilbereichsweise stoffschlüssig verbunden werden, wobei die erste Randkontur der ersten Längskante des ersten Blechbauteils komplementär zur ersten Rand kontur der ersten Längskante der zweiten Blechplatine oder des zweiten Blechbauteils und die zweite Randkontur der zweiten Längskante des ersten Blechbauteils komplementär zur zweiten Randkontur der zweiten Längskante der zweiten Blechplatine oder des zweiten Blechbauteils ausgebildet sind.
Durch die Verwendung von mindestens zwei Blechplatinen, wobei zumindest die erste Blech platine umgeformt wird, sind der Profilgeometrie kaum Grenzen gesetzt, da anders als im Stand der Technik, die Ebenen der Längskanten im Wesentlichen nicht deckungsgleich sind. So können die Längskanten einen Winkel kleiner 180°, insbesondere kleiner 160°, vorzugs weise kleiner 140°, bevorzugt kleiner 120° aufweisen. Der Winkel ist guasi als stumpfer Winkel, besonders bevorzugt als spitzer Winkel ausgeführt. Aufgrund der „winkligen“ Anordnung der Längskanten zueinander können individuelle und/oder komplexe Profil geometrien hergestellt werden.
Das Umformen der mindestens ersten Blechplatine kann mittels beliebigen bzw. kombinier baren Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Teilschritten erzeugt werden. Neben einem beispielsweise tiefziehartigen Formgebungsschritt kann auch eine mehrstufige Form gebung umfassend beispielsweise ein Prägen des zu erstellenden Bodens und Hochstellen bzw. Abstellen der zu erstellenden Zargen umfassen (Prägen und Hochstellen bzw. Prägen und Abkanten). Denkbar sind auch beliebige Kombinationen aus Abkanten und/oder Biegen und/oder (Ver-)Prägen in einer oder in mehreren folgenden Operationen. Das durchgeführte Tiefziehen kann beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgeführt werden. Im Wesentlichen werden flanschlose Blechbauteile erzeugt. Auch die mindestens zweite Blechplatine kann bei Bedarf entsprechend umgeformt werden. Bei Bedarf können auch mehr als zwei Blechplatinen verwendet werden, wobei jedoch beim späteren formschlüssigen Verbinden darauf zu achten ist, dass die entsprechenden Längs kanten mit ihren Randkonturen komplementär ausgebildet sind und die Längskanten respektive die Randkonturen unter Ausbildung eines Winkels ineinandergreifen können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merk male aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Randkonturen der Längskanten mittels Laser erzeugt. Die Verwendung eines Lasers zum Schneiden einer Rand kontur entlang einer Längskante lässt einen im Vergleich zum mechanischen Schneiden, beispielsweise Stanzen, filigraneren Schnitt zu und ermöglicht vorzugsweise die Ausbildung von komplementären Randkonturen im Wesentlichen ohne weitere Nachbearbeitung der Randkonturen an den zunächst formschlüssig miteinander zu verbindenden Längskanten. Ein Laser kann zum Schneiden individuell angesteuert werden, so dass jede beliebige Randkontur entlang einer Längskante erzeugt werden kann und ist nicht verschleißanfällig. Die Rand kontur kann im ebenen Zustand der ersten und/oder zweiten Blechplatine oder im bereits umgeformten Zustand des ersten und/oder zweiten Blechbauteils eingebracht werden. Auch bei der Verwendung von nur einer Blechplatine kann die Randkontur im ebenen oder im bereits umgeformten Zustand eingebracht werden.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die stoffschlüssige Verbin dung mittels Laser erzeugt. Die Verwendung eines Lasers zum stoffschlüssigen Verbinden (Schweißen) kann gezielt auf die bereits aufgrund ihrer Randkonturen formschlüssig mit einander verbundenen Längskanten gerichtet werden. Aufgrund des bereits vorliegenden Formschlusses und den im Wesentlichen nahezu im Nullspalt aneinander liegenden Rand konturen kann ohne Zusatzmaterial geschweißt werden. Alternativ wären auch das Kleben oder Löten zur stoffschlüssigen Verbindung denkbar. Beispielsweise kann der Laser mit einer oszillierenden Bewegung, das heißt, dass der Laser guer und/oder in Schweißrichtung jeweils mit einer Amplitude entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten respektive Rand konturen geführt werden. Je nach Ausführung der „winkligen“ Anordnung der Längskanten zueinander kann der Laser auch in einem Lateralwinkel entlang der stoffschlüssig zu verbin denden Längskanten respektive Randkonturen geführt werden, wobei bevorzugt der Lateral winkel in Abhängigkeit des halben (Anordnungs-)Winkels mit +/- 15%, insbesondere mit +/- 10%, vorzugsweise mit +/- 5%, bevorzugt mit +/- 3% der Anordnung der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten respektive Randkonturen eingestellt wird. Der Lateralwinkel ent spricht der Neigung des Lasers zur Senkrechten in Querrichtung der stoffschlüssig zu verbin denden Längskanten respektive Randkonturen.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die (erste) Blechplatine eine Blechstärke kleiner oder gleich 3 mm verwendet. Insbesondere kann auch die zweite Blechplatine eine Blechstärke kleiner oder gleich 3 mm aufweisen. Je niedriger die Blech stärke, umso mehr Potential ist für Leichtbau durch Senkung der Blechstärke je nach Aus führung und Dimension des zu erstellenden zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils möglich. Die Blechstärke der einzelnen Blechplatinen kann insbesondere auf maximal 1,5 mm, vorzugsweise auf maximal 1,2 mm, bevorzugt auf maximal 0,8 mm reduziert werden.
Die Blechplatine, beispielsweise die erste wie auch die zweite Blechplatine können aus einem Stahlwerkstoff bestehen. Insbesondere kann ein Stahlwerkstoff mit einer Zugfestigkeit (R größer 550 MPa, insbesondere größer 650 MPa, vorzugsweise größer 750 MPa verwendet werden. Alternativ können die erste und die zweite Blechplatine aus einem Aluminium werkstoff bestehen. Des Weiteren ist bei der Verwendung von zwei Blechplatinen auch eine Hybridlösung aus einer Stahlplatine und einer Aluminiumplatine denkbar. Bevorzugt wird ein Stahlwerkstoff mit einem organischen und/oder einem anorganischen Überzug beschichtet. Besonders bevorzugt wird ein Korrosionsschutzüberzug auf Zinkbasis über eine elektrolytische Beschichtung oder vorzugsweise über eine Schmelztauchbeschichtung aufgebracht. Wird der Zinküberzug vorzugsweise über eine Schmelztauchbeschichtung aufgebracht, weist der Zink überzug folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% auf:
Optional eines oder mehrere Legierungselemente aus der Gruppe (AI, Mg):
AI bis 5,0 %,
Mg bis 5,0 %,
Rest Zn und unvermeidbare Verunreinigungen. In dem Zn-basierten Überzug können neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt bis zu 5,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt bis zu 5,0 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,3 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,5 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,3 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,5 Gew.-% vorhanden sein.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zahnförmige Rand kontur in die Blechplatine oder in das bereits umgeformte Blechbauteil geschnitten. Sowohl die erste wie auch die zweite Blechplatine respektive das erste wie auch das zweite Blech bauteil kann Längskanten mit jeweils einer zahnförmigen Randkontur aufweisen, wobei je nach zu erstellendem zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofil entweder nur an einer Blechplatine respektive Blechbauteil die beiden Längskanten komplementär mit einer zahnförmigen Randkontur geschnitten oder bei Verwendung von mindestens zwei Blech platinen die jeweils zueinander angeordneten Längskanten komplementär mit jeweils einer zahnförmigen Randkontur vor oder nach dem Umformen zu einem Blechbauteil geschnitten werden.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Randkontur in die Blechplatine respektive Blechbauteil geschnitten, welche ein Randkonturprofil mit Höhen und Tiefen aufweist, wobei der Abstand zwischen den Höhen und Tiefen zwischen 50% und 150%, insbesondere zwischen 70% und 130%, der Blechstärke der Blechplatine respektive Blech bauteil entspricht. Vorzugsweise sind die Höhen und Tiefen des Randkonturprofils der ersten Blechplatine respektive des ersten Blechbauteils abhängig von der Blechstärke der zweiten Blechplatine respektive des zweiten Blechbauteils und die Höhen und Tiefen des Rand konturprofils der zweiten Blechplatine respektive des zweiten Blechbauteils abhängig von der Blechstärke der ersten Blechplatine respektive des ersten Blechbauteils jeweils mit einem Abstand zwischen den Höhen und Tiefen zwischen 50% und 150% ausgelegt.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verläuft mindestens eine Ver bindungsnaht entlang der stoffschlüssig miteinander verbundenen Längskanten zwei dimensional in einer Ebene. Die Verbindung ist nicht auf eine gerade Form beschränkt, sondern kann auch als ungerade Form, beispielsweise gekrümmte Form in der Ebene aus geführt sein.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verläuft mindestens eine Ver bindungsnaht entlang der stoffschlüssig miteinander verbundenen Längskanten drei dimensional im Raum. Die Verbindung ist nicht auf eine gerade Form beschränkt, sondern kann auch als ungerade Form, beispielsweise gekrümmte Form im Raum ausgeführt sein.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die formschlüssige und die anschließende stoffschlüssige Verbindung der Längskanten in einer Fixiervorrichtung durch geführt, in welcher das (erste) Bauteil und/oder die zweite Blechplatine oder das zweite Bauteil zumindest teilbereichsweise aufgenommen und während des Verbindens fixiert werden. Insbesondere können in einer Fixiervorrichtung beispielsweise die beim Umformen der (ersten) Blechplatine eingebrachten Spannungen und/oder Rückfederung kompensiert werden, so dass über den Formschluss der Randkonturen der Längskanten und der Fixierung eine definierte Positionierung der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten erfolgen kann. Insbesondere kann ein Wärmeverzug infolge einer wärmebedingten stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise durch Verschweißen, durch Formschluss und Fixierung im Wesentlichen verhindert werden, so dass maßhaltige geschlossene Blechprofile hergestellt werden können. Als weiterer Vorteil kann durch den Formschluss insbesondere auf Mittel zur Fixierung zumindest in Längserstreckung des zu erstellenden Blechprofils verzichtet werden, so dass nur Mittel zur Fixierung guer und in Hochrichtung zur Längserstreckung vorgesehen sein können, so dass unter Einsparung eines Freiheitsgrades der gesamte Aufbau der Fixiervorrichtung relativ einfach gehalten werden kann.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die mindestens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Längskanten ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil mit einem Querschnitt mit mindestens einer Ecke erzeugt. Das Verlagern der form- und stoffschlüssigen Verbindung zum Schließen des Querschnitts in mindestens eine Ecke ermöglicht individuelle und/oder komplexere Ausgestaltungen von Blechprofilen im Vergleich zu den Ausgestaltungen im Stand der Technik.
Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die mindestens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Längskanten ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil mit einem in Längserstreckung des Blechprofils verlaufenden, veränderlichen Querschnitt erzeugt. Durch einen veränderlichen Querschnitt in Längs erstreckung können auch die jeweiligen „winkligen“ Anordnung der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten in Längserstreckung variieren, so dass infolge der variierenden Winkeln entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten auch der Lateralwinkel des Lasers während des stoffschlüssigen Verbindens entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten respektive Randkonturen variierend und vorzugsweise im Bereich des halben Winkels der „winkligen“ Anordnung der Längskanten geführt werden.
Gemäß einer weiteren Lehre betrifft die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils aus Metall im Bereich des Fahrzeugbaus, insbesondere für ein-, zwei- oder mehrrädrige Fahrzeuge, vorzugsweise für den Bau von Fahrrädern, bevorzugt für den Bau von Rahmen und/oder Gabeln, vorzugs weise für den Bau von Karossiere-, Fahrwerks- oder Anbauteilen im Automobil, Räder oder Teile hiervon; im Bereich des Möbelbaus; im Bereich des Bausektors; im Bereich des Flug zeugbaus, vorzugsweise für den Bau von Rumpf-, Fahrwerks oder Anbauteilen, bevorzugt für den Bau von Sitzkomponenten; im Sanitär-Bereich; für den Bau von Gehäusen für tragbare Gegenstände, vorzugsweise für Elektrogegenstände; im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Fig. la, b eine schematische Draufsicht auf eine Blechplatine a) und eine schematische, perspektivische Ansicht eines aus der Blechplatine hergestellten geschlossenen Blechprofils b),
Fig. 2a, b, c eine schematische Draufsicht auf eine erste Blechplatine a), eine schematische Draufsicht auf eine zweite Blechplatine b) und eine schematische Ansicht eines aus den Blechplatinen hergestellten geschlossenen Blechprofils c), und Fig. 3a, b, c eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich gemäß der Dar stellung in Figur 2c) vor dem stoffschlüssigen Verbinden der Längs kanten a), eine skizzierte Führung des Lasers zum Verbinden der Längs kanten b) und eine schematische Darstellung während des Verbindens der Längskanten mittels Laser c).
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
In Figur la) ist beispielsweise eine Blechplatine (1) aus Metall schematisch in Draufsicht dargestellt, mit mindestens zwei Längskanten (LI, L2) und mindestens zwei Querkanten (Q), wobei die erste Längskante (LI) zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur (RI) und die zweite Längskante (L2) zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur (R2) aufweist, wobei die erste Randkontur (RI) komplementär zur zweiten Randkontur (R2) ausgebildet ist. Die Randkonturen (RI, R2) der Längskanten (LI, L2) der Blechplatine (1) werden vorzugs weise mittels Laser erzeugt. Die Strichlinien symbolisieren die Längskanten (LI, L2) vor dem Schneiden der Randkonturen (RI, R2). Die Randkontur (RI, R2) wird derart in die Blechplatine (1) geschnitten, dass sie ein Randkonturprofil mit Höhen (H) und Tiefen (T) aufweist, wobei der Abstand (LR) zwischen den Höhen (H) und Tiefen (T) zwischen 50% und 150% der Blechstärke der Blechplatine (1) entspricht. Die Blechplatine (1) weist eine Blechstärke kleiner oder gleich 3 mm auf. Die Blechplatine (1) kann aus einem Stahlwerkstoff oder aus einem Aluminiumwerkstoff bestehen.
Die Figur lb) zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines aus der Blechplatine (1) hergestellten geschlossenen Blechprofils (10). Nach dem Bereitstellen der Blechplatine (1), Figur la), wird die Blechplatine (1) zu einem zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechbauteil ( ) umgeformt. Werden die erste Randkontur (RI) und die zweite Randkontur (R2) nicht in die ebene Blechplatine (1) geschnitten, können diese alternativ auch in das umgeformte bzw. vorgeformte Blechbauteil ( ) eingebracht werden. Nach dem Umformen greifen die Randkonturen (RI, R2) der Längskanten (LI, L2) ineinander, werden somit zunächst formschlüssig miteinander verbunden und anschließend werden die formschlüssig miteinander verbundenen Längskanten (LI, L2) zumindest teilbereichsweise stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Laser (L) verbunden. Insbesondere wird das Umformen derart ausgeführt, dass die Längskanten (LI, L2) unter Ausbildung eines Winkels (a) zueinander- stehen und miteinander verbunden werden. Nach der stoffschlüssigen Verbindung mittels Laser (L) weist das zumindest teilbereichsweise geschlossene Blechprofil (10) eine Längsnaht (3) in Längserstreckung des Blechprofils (10) auf. Durch die stoffschlüssige Verbindung (3) zwischen den Längskanten (LI, L2) wird ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil (10) mit einem Querschnitt mit einer Ecke erzeugt, s. Figur lb). Der Winkel (a) kann als stumpfer Winkel, besonders bevorzugt als spitzer Winkel ausgeführt sein.
In Figur 2a) ist beispielsweise eine erste Blechplatine (1) aus Metall schematisch in Draufsicht dargestellt, mit mindestens zwei Längskanten (LI, L2) und mindestens zwei Querkanten (Q), wobei die erste Längskante (LI) zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur (RI) und die zweite Längskante (L2) zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur (R2) aufweist.
In Figur 2b) ist mindestens eine zweite Blechplatine (2) aus Metall mit mindestens zwei Längskanten (LI, L2) und mindestens zwei Querkanten (Q), wobei die erste Längskante (LI) der zweiten Blechplatine (2) zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur (RI) und die zweite Längskante (L2) der zweiten Blechplatine (2) zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur (R2) aufweist.
Die Figur 2c) zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines aus den Blechplatinen (1, 2) hergestellten geschlossenen Blechprofils (10‘). Nach dem Bereitstellen der ersten Blech platine (1), Figur 2a), und der mindestens zweiten Blechplatine (2), Figur 2b), wird die erste Blechplatine (1) zu einem ersten Blechbauteil ( ) umgeformt. Je nach Ausgestaltung des zu erstellenden Blechprofils (10‘), insbesondere mit einem in Längserstreckung des Blechprofils (10‘) verlaufenden, veränderlichen Querschnitt, kann auch optional die zumindest zweite Blechplatine (2) zu einem zweiten Blechbauteil (2‘) umgeformt werden. Alternativ und hier nicht dargestellt, können die Randkonturen (RI, R2) vorzugsweise mittels Laser im bereits umgeformten Zustand in das erste Blechbauteil (G) sowie optional auch das zweite Blech bauteil (2‘) geschnitten werden. Nach dem Umformen stehen die erste Längskante (LI) des ersten Blechbauteils ( ) zu der ersten Längskante (LI) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) und die zweite Längskante (L2) des ersten Blechbauteils (G) zu der zweiten Längskante (L2) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) jeweils unter Ausbildung eines Winkels (al, a2) zueinander, so dass über die Randkonturen (RI, R2) die Längskanten (LI, L2) ineinander greifen, somit formschlüssig miteinander zu einem zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofil (10‘) verbunden und anschließend die formschlüssig miteinander verbundenen Längskanten (LI, L2) zumindest teilbereichsweise stoffschlüssig verbunden werden, vorzugsweise mittels Laser (L). Die erste Randkontur (RI) der ersten Längskante (LI) der ersten Blechplatine (1) oder des ersten Blechbauteils ( ) ist komplementär zur ersten Randkontur (RI) der ersten Längskante (LI) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) und die zweite Randkontur (R2) der zweiten Längskante (L2) der ersten Blechplatine (1) oder des ersten Blechbauteils (G) ist komplementär zur zweiten Randkontur (R2) der zweiten Längskante (L2) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils ( ) ausgebildet. Das erste Blechbauteil (G) kann vorzugsweise als flanschloses Blechbauteil (G) mit einem Boden und zwei vom Boden abstehenden Zargen ausgeführt sein. Vorzugsweise kann das erste Blechbauteil ( ) eine dreidimensionale Ausgestaltung und/oder Längserstreckung aufweisen. Um ein geschlos senes Blechprofil (10‘) hersteilen zu können, kann auch das zweite Blechbauteil (2‘) eine dreidimensionale Ausgestaltung und/oder Längserstreckung aufweisen.
Die Randkonturen (RI, R2) der Blechplatinen (1, 2) oder alternativ der Blechbauteile ( , 2‘) sind derart, vorzugsweise mittels Laser, geschnitten, dass sie jeweils ein Randkonturprofil mit Höhen (H) und Tiefen (T) aufweisen, wobei der Abstand (LR) zwischen den Höhen (H) und Tiefen (T) zwischen 50% und 150% der Blechstärke der Blechplatine (1, 2) oder des Blechbauteils ( , 2‘) entspricht. Besonders bevorzugt wird eine zahnförmige Randkontur (RI, R2) in die Blechplatine (1, 2) oder alternativ in das Blechbauteil ( , 2‘) geschnitten. Die Herstellung des zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils (10‘) kann insbe sondere in einer nicht dargestellten Fixiervorrichtung erfolgen, wobei die formschlüssige und die anschließende stoffschlüssige Verbindung der Längskanten (LI, L2) in einer Fixier vorrichtung durchgeführt wird, in welcher das erste Blechbauteil (G) und/oder die zweite Blechplatine (2) oder das zweite Blechbauteil (2‘) zumindest teilbereichsweise aufgenommen und während des Verbindens fixiert werden. Die teilbereichsweise Aufnahme und/oder Fixierung sind durch Pfeile (F) symbolisiert, s. Figur 2c). Nach der stoffschlüssigen Verbin dung mittels Laser (L) weist das zumindest teilbereichsweise geschlossene Blechprofil (10‘) zwei Längsnähte (3) in Längserstreckung des Blechprofils (10‘) auf. Durch die mindestens eine stoffschlüssige Verbindung (3) zwischen den Längskanten (LI, L2) wird ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil (10‘) mit einem Querschnitt mit mindestens einer Ecke erzeugt, in dieser Ausführung sind es zwei Ecken, s. Figur 2c). Die Winkel (al, a2) können jeweils als stumpfe Winkel, besonders bevorzugt als spitze Winkel ausgeführt sein. Soll ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil (10, 10‘) mit einem in Längserstreckung des Blechprofils (10, 10‘) verlaufenden, veränderlichen Querschnitt erzeugt werden, können auch die Winkel (a, al, a2) entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) in Längserstreckung variieren. Vorzugsweise wird der Laser (L) in einem Lateralwinkel (ß) entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) geführt, wobei der Lateralwinkel (ß) in Abhängigkeit des halben Winkels (a, al, a2) mit +/- 15% der Anordnung der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) eingestellt wird. Ins besondere infolge des variierenden Winkels (a, al, a2) bei einem in Längserstreckung veränderlichen Querschnitt wird auch der Lateralwinkel (ß) des Lasers (L) während des stoff schlüssigen Verbindens entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) vorzugsweise in Abhängigkeit der folgenden Bedingung eingestellt: ß = (a, al, a2)/2 - 15% < (a, al, a2)/2 < (a, al, a2)/2 + 15%.
Beispielhaft wurde gemäß der Ausführungsform in Figur 2c) ein zumindest teilbereichs bereichsweise geschlossenes Blechprofil (10‘) für die Verwendung eines Teilbereichs eines Fahrzeugrahmens hergestellt, wobei eine erste und zweite Blechplatine (1, 2) aus einem Stahlwerkstoff mit jeweils einer Dicke von 0,7 mm und einer Zugfestigkeit von 600 MPa bereitgestellt wurden. Die Randkonturen (RI, R2) wurden zahnförmig mittels Laser entlang der Längskanten (LI, L2) geschnitten, vgl. Figuren 2a, b). Die erste Blechplatine (1) wurde zu einem flanschlosen Blechbauteil (G) in Form einer Halbschale mittels Tiefziehen umgeformt. Alternativ und insbesondere in Abhängigkeit vom Umformungsgrad können die Randkonturen (RI, R2) vorzugsweise mittels Laser nach dem Umformen in das erste Blechbauteil ( ) sowie optional auch in das zweite Blechbauteil (2‘) geschnitten werden. Auch die zweite Blechplatine (2) wurde insbesondere in Längserstreckung an die Lage der Randkonturen (RI, L2) bzw. der Längskanten (LI, L2) des ersten Blechbauteils (G) angepasst. In einer nicht dargestellten Fixiervorrichtung, welche Aufnahmen zur teilbereichsweise Aufnahme des ersten Blechbau teils (G) aufwies, wurde das erste Blechbauteil ( ) eingelegt und das zweite Blechbauteil (2‘) wurde entsprechend auf das erste Blechbauteil ( ) aufgelegt, derart, dass die erste Längskante (LI) des ersten Blechbauteils ( ) zu der ersten Längskante (LI) des zweiten Blechbauteils (2‘) und die zweite Längskante (L2) des ersten Blechbauteils ( ) zu der zweiten Längskante (L2) des zweiten Blechbauteils (2‘) jeweils unter Ausbildung eines Winkels (al, a2) zueinanderstanden, über die Randkonturen (RI, R2) die Längskanten (LI, L2) ineinander- griffen und formschlüssig miteinander zu einem zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofil (10‘) verbunden wurden. Die Fixiervorrichtung wies entsprechende Mittel auf, welche lokal auf das erste und zweite Blechbauteil ( , 2‘) einwirkten, um diese zum Verschweißen mittels Laser (L) in der erforderlichen Position zu halten.
Figur 3a) zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich gemäß der Darstellung in Figur 2c) vor dem stoffschlüssigen Verbinden der Längskanten (LI, L2). In der nicht- dargestellten Fixiervorrichtung kam ein nicht dargestellter Laser (L) zum stoffschlüssigen Verbinden der Längskanten (LI, L2) zum Einsatz, welcher mit einer Laserleistung von 0,5 kW, mit einer Freguenz von ca. 16 Hz, mit einem Vorschub (v) von 0,6 m/min betrieben wurde, wobei der Laser (L) mit einer oszillierenden Bewegung (vl, vg) entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) geführt werden kann, wobei die Amplitude (vg) ca. 0,7 mm und die Amplitude (vl) 0 mm betrug, s. Figur 3b). Abhängig von der Ausführung und Anordnung der stoffschlüssig zu verschweißenden Längskanten (LI, L2) kann auch auf eine oszillierende Bewegung des Lasers bei Bedarf verzichtet werden. Da ein Winkel (a2) mit ca. 10° zwischen den Längskanten (LI, L2) vorlag, wurde eine Fokuslage bei (-z) -20 mm und ein Lateralwinkel (ß) des Lasers (L) mit ca. 5° eingestellt, s. Figur 3c).
Nach dem stoffschlüssigen Verbinden wurde aus der Fixiervorrichtung ein hochmaßhaltiges, zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil (10‘) entnommen, welches weiteren Untersuchungen zugeführt wurde. Das Blechprofil (10‘) wurde in mehrere Teilprofile geschnitten und die Schnittbereiche wurden im Schliff mikroskopisch untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine im Wesentlichen fehlerfreie durchgehende Verbindungsnaht (3) hergestellt werden konnte.
Die beschriebenen Merkmale sind alle, soweit technisch möglich, miteinander kombinierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blech profils (10) aus Metall, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Blechplatine (1) aus Metall mit mindestens zwei Längskanten (LI, L2) und mindestens zwei Querkanten (Q),
- Umformen der Blechplatine (1) zu einem Blechbauteil (G), wobei die erste Längskante (LI) zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur (RI) und die zweite Längskante (L2) zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur (R2) aufweist, wobei die erste Randkontur (RI) komplementär zur zweiten Randkontur (R2) ausgebildet ist, derart, dass über die Randkonturen (RI, R2) die Längskanten (LI, L2) ineinandergreifen und somit zunächst formschlüssig miteinander ver bunden werden und
- anschließend die formschlüssig miteinander verbundenen Längskanten (LI, L2) zur Erzeugung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils (10) zumindest teilbereichsweise stoffschlüssig verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (LI, L2) unter Ausbildung eines Winkels (a) zueinanderstehen und miteinander verbunden werden.
2. Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blech profils (10‘) aus Metall, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer ersten Blechplatine (1) aus Metall mit mindestens zwei Längs kanten (LI, L2) und mindestens zwei Querkanten (Q),
- Bereitstellen mindestens einer zweiten Blechplatine (2) aus Metall mit mindestens zwei Längskanten (LI, L2) und mindestens zwei Querkanten (Q), dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Blechplatine (1) zu einem ersten Blechbauteil ( ) umgeformt wird, wobei die erste Längskante (LI) des ersten Blechbauteils ( ) zumindest teilbereichs weise eine erste Randkontur (RI) und die zweite Längskante (L2) des ersten Blech bauteils ( ) zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur (R2) aufweist,
- optional die zumindest zweite Blechplatine (2) zu einem zweiten Blechbauteil (2‘) umgeformt wird, wobei die erste Längskante (LI) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) zumindest teilbereichsweise eine erste Randkontur (RI) und die zweite Längskante (L2) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) zumindest teilbereichsweise eine zweite Randkontur (R2) auf weist,
- wobei die erste Längskante (LI) des ersten Blechbauteils ( ) zu der ersten Längskante (LI) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) und die zweite Längskante (L2) des ersten Blechbauteils ( ) zu der zweiten Längskante (L2) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) jeweils unter Ausbildung eines Winkels (al, a2) zueinanderstehen, über die Rand konturen (RI, R2) die Längskanten (LI, L2) ineinandergreifen und formschlüssig miteinander verbunden werden, wobei die erste Randkontur (RI) der ersten Längskante (LI) des ersten Blechbauteils (G) komplementär zur ersten Rand kontur (RI) der ersten Längskante (LI) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blechbauteils (2‘) und die zweite Randkontur (R2) der zweiten Längskante (L2) des ersten Blechbauteils ( ) komplementär zur zweiten Randkontur (R2) der zweiten Längskante (L2) der zweiten Blechplatine (2) oder des zweiten Blech bauteils (2‘) ausgebildet sind, und
- anschließend die formschlüssig miteinander verbundenen Längskanten (LI, L2) zur Erzeugung eines zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils (10‘) zumindest teilbereichsweise stoffschlüssig verbunden werden.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Randkonturen (RI, R2) der Längskanten (LI, L2) mittels Laser erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die stoffschlüssige Verbindung mittels Laser (L) erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Laser (L) mit einer oszillierenden Bewegung (vl, vg) entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Laser (L) in einem Lateralwinkel (ß) entlang der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) geführt wird, wobei der Lateral winkel (ß) in Abhängigkeit des halben Winkels (a, al, a2) mit +/- 15% der Anordnung der stoffschlüssig zu verbindenden Längskanten (LI, L2) eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei für die erste Blechplatine (1) und/oder zweite Blechplatine (2) eine Blechstärke kleiner oder gleich 3 mm verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine zahnförmige Rand kontur (RI, R2) in die Blechplatine (1, 2) oder in das bereits umgeformte Blechbauteil (G, 2‘) geschnitten wird.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine Randkontur (RI, R2) in die Blechplatine (1, 2) oder Blechbauteil (G, 2‘) geschnitten wird, welche ein Rand konturprofil mit Höhen (H) und Tiefen (T) aufweist, wobei der Abstand (LR) zwischen den Höhen (H) und Tiefen (T) zwischen 50% und 150% der Blechstärke der Blech platine (1, 2) oder des Blechbauteils ( , 2‘) entspricht.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens eine Verbin dungsnaht (3) entlang der stoffschlüssig miteinander verbundenen Längskanten (LI, L2) zweidimensional in einer Ebene verläuft.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens eine Verbindungsnaht (3) entlang der stoffschlüssig miteinander verbundenen Längskanten (LI, L2) drei dimensional im Raum verläuft.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die formschlüssige und die anschließende stoffschlüssige Verbindung der Längskanten in einer Fixiervorrichtung durchgeführt wird, in welcher das erste Blechbauteil (G) und/oder die zweite Blech- platine (2) oder das zweite Blechbauteil (2‘) zumindest teilbereichsweise aufge nommen und während des Verbindens fixiert werden.
13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch die mindestens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Längskanten (LI, L2) ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil (10, 10‘) mit einem Querschnitt mit mindestens einer Ecke erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch die mindestens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Längskanten (LI, L2) ein zumindest teilbereichsweise geschlossenes Blechprofil (10, 10‘) mit einem in Längserstreckung des Blechprofils (10, 10‘) verlaufenden, veränderlichen Querschnitt erzeugt wird.
15. Verwendung eines nach einem der vorgenannten Ansprüche hergestellten zumindest teilbereichsweise geschlossenen Blechprofils (10, 10‘) aus Metall im Bereich des Fahrzeugbaus, insbesondere für ein-, zwei- oder mehrrädrige Fahrzeuge, vorzugs weise für den Bau von Fahrrädern, bevorzugt für den Bau von Rahmen und/oder Gabeln, vorzugsweise für den Bau von Karossiere-, Fahrwerks- oder Anbauteilen im Automobil, Räder oder Teile hiervon; im Bereich des Möbelbaus; im Bereich des Bausektors; im Bereich des Flugzeugbaus, vorzugsweise für den Bau von Rumpf-, Fahrwerks oder Anbauteilen, bevorzugt für den Bau von Sitzkomponenten; im Sanitär- Bereich; für den Bau von Gehäusen für tragbare Gegenstände, vorzugsweise für Elektrogegenstände; im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus.
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